Le ricerche sull idrogeno al Dipartimento di Energetica del Politecnico di Milano Ennio Macchi. Dipartimento di Energetica - Politecnico di Milano

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1 Le ricerche sull idrogeno al Dipartimento di Energetica del Politecnico di Milano Dipartimento di Energetica - Politecnico di Milano

2 I principali filoni di ricerca (I) 2 La coproduzione di idrogeno ed elettricità da combustibili fossili (sia carbone sia GN) con CCS Lavori di modellazione (codice GS e APEN) collaboriamo con: Princeton University BP (Carbon Mitigation Initiative) ECN CESI, ENEA Enitecnologie Molte università italliane Utilizzo di idrogeno in TG e FC: Lavori teorici vari, collaboriamo con: CESI, ENEA ANSALDO FC EDISON ZINCAR (Comune di Milano) Molte università italiane

3 I principali filoni di ricerca (II) 3 La microcogenerazione Modellazione componenti e sistemi, ottimazioni tecnicoeconomiche, ecc. Dal 2008, attività sperimentale Collaboriamo con vari partner industriali L utilizzo del vettore idrogeno per il traffico veicolare Scenari, infrastrutture, ecc. Collaboriamo con: Regione Lombardia BMW

4 Spot pubblicitario 4 Il volume riguarda la microcogenerazione a gas naturale Molti concetti e tecnologie si potrebbero trasferire all idrogeno Considera soprattutto applicazioni per: PMI Terziario Residenziale

5 Le prestazioni più interessanti coinvolgono le celle a combustibile 5

6 Back-up Burner Hot Water Tank 6 Air compressor PEFC Stack Air Compressed Air Hydrogen Heat Exchanger Reformer City Gas DC Power Heat Hot Water Hot Water Inverter AC Power PEFC System Structure

7 7 1kW PEFC System for Home-use Left EFC Right ot Water Tank

8 PEFC supplied to test 8 IHI Ebara/Ballard Sanyo Nippon Oil Toshiba/IFC Toyota Nuvera Matsushita MHI

9 TECHNOLOGY OVERVIEW Pre-combustion Decarbonisation 9 Energy content is transferred from methane (or syngas) to hydrogen Conventional technology: hydrogen separation at low temperature through chemical/physical absorption Feed stream CH 4 + H 2 O CO + H 2 O Innovative solution: MEMBRANE REACTOR Shift equilibrium towards high conversions Separation at increased temperature (comp. Selexol) Natural gas Reactor High-pressure side CO 2 Cleanup Reaction Catalyst particles CO 2 Transport CO 2 & Storage Retentate stream compression CO 2 + H 2 O+. Air/O 2 Permeate H 2 O Hydrogen H 2 + Fuel treatment H 2 H 2 H 2 Air/O 2, N 2, H 2 O H 2 Low-pressure side Electricity production Low CO 2 flue gas Sweep gas

10 Membrane Reactor (I) WGRMR arrangement 10 SWEEP FLOW PERMEATE CATALYST SWEEP SWEEP FLOW SWEEP FEED FLOW FEED FLOW PERMEATE SEAL PERMEATE PERMEATE REACTION HYDROGEN PERMEATION CERAMIC SUPPORT Pd/Ag LAYER RETENTATE EXHAUST GASES

11 Membrane Reactor (II) SRMR arrangement 11 SWEEP FLOW AIR N.G. AIR AIR N.G. AIR SWEEP SWEEPPERMEATE FEED FLOW PERMEATE SWEEP FLOW SEAL AIR HEAT FEED FLOW PERMEATE REACTION HYDROGEN PERMEATION RETENTATE EXHAUST GASES

12 SCHEMA CONCETTUALE DEL PROCESSO INTEGRATO 12

13 Logistica ottimale per l utilizzo dell idrogeno come vettore energetico per il traffico veicolare C 1.3 bar LH 2 LH 2 60 bar -252 C 1.3 bar LH 2 LH C CGH 2 fino a 800 bar LH C 1.3 bar LH 2 LH 2 60 bar -252 C 1.3 bar LH C Idrogenodotto AP (75 bar) 1.5 bar Idrogenodotto MP (20 bar) Idrogenodotto BP (1.5 bar) 400 bar 850 bar 30 bar CGH 2 CGH 2

14 Trasportare idrogeno e difficile (meglio liquido) 14

15 Conservare idrogeno liquido a bordo delle vetture richiede serbatoi criogenici (alta tecnologia per limitare l evaporazione) 15

16 SISTEMA INTEGRATO DA CARBONE A IDROGENO LIQUIDO 16

17 CO-PRODUZIONE DI ELETTRICITA e IDROGENO DA CARBONE (CON CCS) 17

18 L IMPIANTO DI LIQUEFAZIONE AD ALTA EFFICIENZA: CICLI CHIUSI A GAS (He) 18

19 Diagramma temperatura-calore idrogenoelio 19

20 SINTESI RISULATATI CALCOLI ENERGETICI 20

21 Il processo più critico per le prestazioni energetiche 21

22 Compressori interrefrigerati 22

23 23

24 24

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26 CONCLUSIONI ECONOMICHE 26

27 Conclusioni 27